Hur fungerar en radar?

Generellt om radar och radarteknik

Radarn är, rätt handhavt, ett utmärkt såväl navigations- som manövreringshjälpmedel.

Ordet radar är en förkortning av det engelska "radio detection and ranging", dvs att med radiovågor upptäcka och mäta avstånd till föremål.

Radaranläggningens uppbyggnad

De flesta moderna radarstationer består idag fysiskt av endast två delar. En sändare och mottagare hopbyggda och placerad i antennhuset på vilket antennvingen är monterad, samt en indikator som presenterar bilden och styr sändtagaren. Indikatorn är idag av den sk dagljustypen bestående av en TV indikator, vilken presenterar bilden i en eller flera färger. Mellan indikator och sändtagare används för det mesta en multikabel.

Kompletterande utrustning i radarn

En modern radar kan kompletteras med eller anslutas till ett flertal olika utrustningar och tillbehör. Det vanligaste idag är att man ansluter en extern GPS navigator för att från denna få presenterat position, kurs och fart. Dessutom kan många av de mindre radarstationerna även hantera kursinformation från någon typ av elektronisk kompass eller ett gyro, för att på så sätt kunna presentera en kommande waypoint grafiskt på skärmen. Det finns då även möjlighet att växla mellan relativa och sanna bäringar samt mellan relativa och sanna spår från de enklare plottingfunktionerna som ger "svansar" efter alla rörliga mål på skärmen.

Med hjälp av ett anslutet gyro kan de större radarstationerna ge olika sorters bildpresentationer. Grundpresentationen i en radar är alltid den sk stäv upp presentationen (head-up), där fartygets stäv (stäv linjen) alltid pekar rakt upp i bilden. Detta innebär att radarn visar det man själv ser rakt föröver från styrhytten/bryggan. Med gyrots hjälp kan radarn räkna ut fartygets stävade kurs och presentera en nord stabiliserad bild (north-up), där nord är uppåt i bilden och fartygets stävade kurs (stäv linjen) ändrar sig vid girar. Ett annat alternativ är true motion presentationen, förutsatt att en logg finns ansluten. I denna bildpresentation är norr uppåt i bilden och fasta radarekon ligger stilla medan det egna fartyget, dvs svepcentrum, rör sig över bilden. När man närmar sig kanten förflyttas hela bilden automatiskt på kontrakurs för fortsatt presentation. Ytterligare flera typer av bildpresentationer finns, såväl med sanna som relativa presentationer.

Två andra utrustningar som en radar kan kompletteras med är videoplotter och ARPA funktion. Videoplottern presenterar överlagrat radarbilden ett lat/long nät i vilket man själv kan rita och lägga ut olika typer av märken, samt rita spår efter eget fartyg och i förekommande fall andra mål. Dessutom kan videoplottern oftast hantera digitala sjökort som likaledes presenteras på bilden antingen överlagrat radarbilden eller ej. ARPA funktionen ger en automatisk målföljning av andra ekon på skärmen och presenterar dessa med kursvektorer, spår och information om kurs, fart, passageavstånd, tid för passage mm. Man skall dock observera att officiellt måste radarbilden vara minst 26" för att enligt IMOS:s regler kunna kallas ARPA.

Radaranlägningens prestanda

Radaranläggningens prestanda påverkas av en rad faktorer beroende på radarns konstruktion och installation, målets reflekterande egenskaper, de atmosfäriska förhållandena och operatörens skicklighet att handha anläggningen.

Räckvidd

Liksom den optiska synvidden ökar med ökad ögonhöjd över ytan, så ökar även radarräckvidden med ökad antennhöjd. I stället för att tala om räckvidd, talar man i dessa sammanhang om den optiska horisonten respektive radarhorisonten. På grund av de atmosfäriska förhållandena, ligger dessa något bortom den geometriska horisonten.

Den optiska horisonten ligger normalt 7-8 % bortom och radarhorisonten c:a 15 % bortom, dvs radarn ser något längre än vad ögat gör. Det skall i dessa sammanhang dock nämnas att en allt för hög montering av antennen kan inverka negativt på grund av större blind sektor runt fartyget, i vissa fall större känslighet för sjöklutter och vid kraftig stampning/rullning kan bilden bli "orolig" pga antennens hastiga rörelser.

En enkel formel för att räkna ut den teoretiska radarhorisonten är 2,2 x roten ur antennhöjden (i meter). Svaret får man i nm. Genom ekvationen 2,2 x (roten ur antennhöjden h + roten ur fyrens höjd H) kan man beräkna på vilket avstånd (R) man under normala förhållanden kan räkna med att få ett radareko från fyren.

Notera dock att lokalt och beroende på årstiden, kan räckvidderna avvika betydligt från standardvärdena.

För den optiska horisonten använder man istället konstanten 2,1. En person som står nere vid vattenbrynet vid en strand och som är 1,80 lång har en ögonhöjd på c:a 1,65. Denne person ser då horisonten på ett avstånd av c:a 2,8 nm.

Ekostyrka

Den sk ekvivalenta radarmålytan bestämmer hur starkt radarekot kommer att bli. Denna beror bland annat på storleken och materialet på målytan samt målets vinkel och struktur. Ett stort, högt och kantigt bilfartyg av stål som ligger med bredsidan till ger helt naturligt ett kraftigare eko än en liten bullig plastbåt som stävar från det egna fartyget.

Radaranläggningens handhavande

En viktig del i att få en så bra radarinformation som möjligt, ligger i själva handhavandet av radarn. Häri ligger en teknisk kunskap om radarn för att kunna vara vaksam på dess svagheter och kunna utnyttja dess styrka på rätt sätt.

Radarstörningar

Radarsändningen kan ibland störas av olika fenomen. En vanlig störning är den från sjöns vågbildning som ger upphov till oönskade reflexer runt svepcentrum, mest kraftigt i lovart. Dessa reflexer ger ett mer eller mindre stört område ut till c:a 3-4 nm vid kraftig sjö. För att komma till rätta med detta och ge en mer "ren" bild, är radarstationerna utrustade med olika typer av dämpningsfunktioner, sk anti clutter sea eller STC funktion. Det är av största vikt att denna dämpning kontrolleras med jämna mellanrum för att inte små eller svaga verkliga ekon dämpas bort.

Även kraftig nederbörd såsom kraftiga regn-, snö- eller hagelskurar kan ge störande ekon på bilden och "dränka" verkliga ekon. Det kan dock ibland vara av intresse att kunna följa ett kraftigt nederbördsområde för att på så sätt kunna undvika det. Även här finns det möjligheter att reducera störningen med hjälp av regnekodämpning eller FTC funktion.

Om en annan radar i närheten av det egna fartyget sänder in i radarantennen, visar sig detta på skärmen som en interferensstörning. En inbyggd IR funktion i radarn känner av om det är den egna radarns sändning eller ej och kan på så sätt reducera denna störning som ofta visas som "krökta ekrar" på skärmen.

Falska/indirekta ekon

Vid olika tillfällen där man t ex passerar stora föremål (fartyg, byggnader inne i hamnar, broar, höga bergsuddar mm) kan man råka ut för falska ekon. Detta visar sig genom att man får det verkliga ekot presenterat på multiplar av det verkliga avståndet eller flera svagare ekon bakom det verkliga ekot.

Master, skorstenar eller andra större föremål i masten kan ge blinda eller försvagade sektorer. Allmänt kan sägas att ett föremål som är bredare än radarloben ger radarskugga, ett föremål smalare än loben ger närmast bakom föremålet en blind sektor och längre ut en försvagad sektor. Vid installationen bör detta kontrolleras för att fastställa ev sådana sektorer.

En skorsten, vilken är en god reflektor, kan få radarpulsen att ändra riktning och ge upphov till indirekta ekon, dvs förutom det verkliga ekot kan dessutom ett indirekt eko presenteras i en annan bäring.

Lobvinkel

Radarpulsen går ut från antennen i form av en radarlob som, beroende främst på radarvingens längd, har en viss utbredning i horisontell led. Ju smalare lob (=längre antenn) desto större möjligheter till särskiljning i sida. Detta innebär rent praktiskt att med en smal lobvinkel i horisontell led kan två fartyg som närmar sig varandra på samma avstånd, komma närmare varandra innan de flyter samman till ett eko på skärmen. Samma sak gäller t ex ett smalt sund mellan två öar, där man med en smalare lob kan se att det verkligen är en passage mellan öarna på ett längre avstånd. Även i vertikal led kan lobvinkeln ha en viss betydelse. För att vid kraftig rullning/stampning inte tappa kontakten med havsytan, bör lobvinkeln inte vara allt för smal eftersom antennen då stundtals enbart kommer att sända upp i luften, alternativt med mycket brant vinkel rakt ner i havet.

Radaranläggningens styrka

Rätt använd och med rätta bakgrundskunskaper, är radarn ett utmärkt hjälpmedel till sjöss. I första hand är radarn ett hjälpmedel för att undgå ombordläggning med andra fartyg, föremål och land. I de flesta av dagens radarstationer finns det olika typer av radaralarm och alarmzoner, som hjälper till att varna för andra ekon. Radarn kan ses som det extra ögat vilket även ser genom dimma och mörker och därför blir ett ovärderligt hjälpmedel vid manövreringen av fartyget.

Med hjälp av avståndsringar och bäringslinjaler blir radarn dessutom ett hjälpmedel i navigeringen, inte minst vid angöring av land. Angöringsfyrar och -bojar är många gånger utrustade med racon, vilket ger specifika ekon för att underlätta identifiering. Med kompletterande utrustningar som ger presentation av waypoints, segelrutter, spår efter andra fartyg, sjökort mm direkt på skärmen, ges en mycket klar presentation av situationen runt det egna fartyget.